FR3014410A1 - AIRCRAFT HINGE BETWEEN A MOBILE PANEL AND A CARRIER STRUCTURE - Google Patents
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Abstract
Un panneau mobile tel qu'un aileron (2) est relié à une structure porteuse telle qu'un aile (1) d'un aéronef par des charnières (3) comprenant des lames (4 et 5) flexibles, élastiques, juxtaposées et pourvues d'inclinaisons opposées, de manière à permettre une rotation facile du panneau 2, en réponse aux mouvements d'un actionneur (13) ; les charnières (3) sont toutefois rigides à l'encontre d'autres efforts, comme les efforts aérodynamiques de succion, de sorte qu'on évite des débattements inadmissibles du panneau (2).A movable panel such as a fin (2) is connected to a supporting structure such as a wing (1) of an aircraft by hinges (3) comprising flexible blades (4 and 5), elastic, juxtaposed and provided opposed inclinations, so as to allow easy rotation of the panel 2, in response to the movements of an actuator (13); the hinges (3), however, are rigid against other forces, such as aerodynamic suction forces, so that inadmissible movements of the panel (2).
Description
CHARNIERE D'AERONEF DISPOSEE ENTRE UN PANNEAU MOBILE ET UNE STRUCTURE PORTEUSE DESCRIPTION Cette invention concerne une charnière d'aéronef, disposée entre un panneau mobile d'aéronef pouvant consister en un aileron ou une gouverne, et une structure porteuse appartenant à l'aéronef, pouvant être une aile ou un autre élément lié au fuselage. Les ailerons et gouvernes doivent être inclinés à volonté pour modifier la trajectoire de l'aéronef. Ils sont donc articulés aux structures qui les portent par des charnières. On emploie en général des charnières d'un genre répandu, comprenant un pivot fixé à la structure porteuse, sur lequel les panneaux mobiles viennent en prise par des chapes tournantes. L'orientation des panneaux est déterminée par la commande d'actionneurs tels que des vérins, dont les extrémités opposées sont articulées aux panneaux et à la structure porteuse, un bras de levier étant formé sur les panneaux entre l'axe de rotation et le point d'articulation de l'actionneur. On peut toutefois considérer que ces charnières sont relativement volumineuses et pesantes. Des précautions doivent aussi être prises contre des risques de blocage, puisque plusieurs charnières doivent en pratique être utilisées simultanément pour soutenir chacun des panneaux, en les répartissant sur la ligne de jonction entre le panneau et la structure porteuse : l'alignement entre les axes des charnières doit être parfaitement respecté, ce qui oblige à construire une charnière fixe et les autres flottantes, c'est-à-dire avec un jeu de débattement. Cette liberté doit toutefois être conciliée avec la nécessité de retenir le panneau contre des déplacements excessifs en raison des forces aérodynamiques ou de la gravité, ce qui oblige à ajouter des dispositifs d'arrêt et complique encore le montage.The invention relates to an aircraft hinge, disposed between an aircraft movable panel that can consist of a fin or a rudder, and a bearing structure belonging to the aircraft, may be a wing or other element related to the fuselage. Ailerons and control surfaces must be inclined at will to change the trajectory of the aircraft. They are articulated to the structures that carry them by hinges. Generally used hinges of a widespread kind, comprising a pivot fixed to the supporting structure, on which the movable panels engage by rotating yokes. The orientation of the panels is determined by the control of actuators such as cylinders, whose opposite ends are articulated to the panels and to the supporting structure, a lever arm being formed on the panels between the axis of rotation and the point articulation of the actuator. However, it can be considered that these hinges are relatively bulky and heavy. Precautions must also be taken against the risk of blockage, since several hinges must in practice be used simultaneously to support each of the panels, by distributing them on the line of junction between the panel and the supporting structure: the alignment between the axes of the hinges must be fully respected, which requires to build a fixed hinge and the other floating, that is to say with a game of deflection. This freedom, however, must be reconciled with the need to retain the panel against excessive displacement due to aerodynamic forces or gravity, forcing to add stop devices and further complicates the assembly.
Un dispositif simplifié a été proposé dans le document US 5 463 794 A et consiste en une charnière se présentant sous l'aspect d'une lame flexible, dont les extrémités opposées sont encastrées sur la structure porteuse et le panneau. Un point de pivotement est formé sur la charnière en l'entaillant à son milieu, de manière à lui donner localement une épaisseur réduite. Les actionneurs imposent alors sensiblement des déformations de la lame en lui faisant prendre des angles variables, dont le sommet coïncide avec le lieu de l'entaille. Cette conception ne semble toutefois guère admissible, puisque les angles formés par la lame doivent rester très petits pour éviter des contraintes mécaniques plastiques autour de l'entaille. On peut encore craindre soit des fissurations par fatigue dans le cas de lames métalliques, soit des délaminations dans le cas de lames composites formées de couches empilées. Le sujet de l'invention est une charnière d'un genre différent, dont les caractéristiques principales sont une simplicité de constitution jointe à une résistance mécanique fiable, et qui est susceptible d'améliorer la conception traditionnelle, en permettant des montages simplifiés entre le panneau mobile d'aéronef et la structure qui le porte, sans comporter de points faibles comme dans la conception du document susmentionné. Sous une forme générale, l'invention concerne ainsi un ensemble comprenant un panneau d'un aéronef et une structure porteuse de l'aéronef et une charnière positionnée entre le panneau et la structure porteuse. L'invention est remarquable en ce que la charnière comprend au moins deux lames réalisées en un matériau flexible et élastique, chacune des lames comprenant une première extrémité fixée au panneau, une deuxième extrémité opposée fixée à la structure porteuse et une partie intermédiaire libre entre le panneau et la structure porteuse, et en ce que les parties intermédiaires se croisent en un point de croisement. Préférentiellement, l'ensemble selon l'invention comprend également une première languette associée au panneau et une deuxième languette associée à la structure porteuse, telles que : les première et deuxième languettes comprennent chacune une face inférieure et une face supérieure ; les premières extrémités des deux lames sont fixées chacune sur une face de la première languette ; et - les deuxièmes extrémités sont fixées chacune sur une face de la deuxième languette, en opposition aux premières extrémités par rapport au point de croisement. Selon une variante de réalisation, la charnière de l'ensemble selon l'invention comprend au moins trois lames agencées avec des inclinaisons alternées le long de la direction de jonction du panneau à la structure porteuse. Selon une autre variante de réalisation, la charnière de l'ensemble selon l'invention comprend une feuille souple couvrant les lames et fixée par des bords opposés au panneau et à la structure porteuse.A simplified device has been proposed in US 5,463,794 A and consists of a hinge in the form of a flexible blade, the opposite ends of which are embedded on the supporting structure and the panel. A pivot point is formed on the hinge by notching it in the middle, so as to give it locally a reduced thickness. The actuators then impose substantially deformations of the blade by making it take variable angles, the apex coincides with the location of the notch. This design does not seem to be acceptable, however, since the angles formed by the blade must remain very small to avoid plastic mechanical stress around the notch. One can still fear either fatigue cracking in the case of metal blades, or delamination in the case of composite blades formed of stacked layers. The subject of the invention is a hinge of a different kind, whose main characteristics are a simplicity of constitution combined with a reliable mechanical resistance, and which is likely to improve the traditional design, allowing simplified assemblies between the panel mobile aircraft and the structure that carries it, without having weak points as in the design of the aforementioned document. In a general form, the invention thus relates to an assembly comprising a panel of an aircraft and a carrier structure of the aircraft and a hinge positioned between the panel and the carrier structure. The invention is remarkable in that the hinge comprises at least two blades made of a flexible and elastic material, each of the blades comprising a first end attached to the panel, an opposite second end fixed to the supporting structure and a free intermediate portion between the panel and the supporting structure, and in that the intermediate parts intersect at a crossing point. Preferably, the assembly according to the invention also comprises a first tab associated with the panel and a second tab associated with the carrier structure, such that: the first and second tabs each comprise a lower face and an upper face; the first ends of the two blades are each fixed on one side of the first tongue; and the second ends are each fixed on one face of the second tongue, in opposition to the first ends with respect to the point of intersection. According to an alternative embodiment, the hinge of the assembly according to the invention comprises at least three blades arranged with alternating inclinations along the junction direction of the panel to the supporting structure. According to another variant embodiment, the hinge of the assembly according to the invention comprises a flexible sheet covering the blades and fixed by opposite edges to the panel and to the supporting structure.
Selon encore une autre variante de réalisation, la charnière de l'ensemble selon l'invention comprend un bloc d'élastomère dans lequel les lames sont noyées. Dans un mode préféré de réalisation, l'ensemble selon l'invention comprend un actionneur articulé entre le panneau et la structure porteuse et agencé sous la charnière.According to yet another variant embodiment, the hinge of the assembly according to the invention comprises an elastomer block in which the blades are embedded. In a preferred embodiment, the assembly according to the invention comprises an actuator articulated between the panel and the supporting structure and arranged under the hinge.
Selon une variante préférée de ce mode de réalisation, l'ensemble selon l'invention comprend également un premier point d'articulation sur la structure porteuse et un deuxième point d'articulation sur le panneau, et l'actionneur comprend une première extrémité assemblée à la structure porteuse sur le premier point d'articulation et une deuxième extrémité assemblée au panneau sur le deuxième point d'articulation.According to a preferred variant of this embodiment, the assembly according to the invention also comprises a first point of articulation on the supporting structure and a second point of articulation on the panel, and the actuator comprises a first end assembled to the bearing structure on the first hinge point and a second end joined to the panel on the second hinge point.
Dans cette variante de réalisation, le second point d'articulation de l'ensemble selon l'invention est aligné avec le point de croisement selon un axe perpendiculaire à un axe longitudinal de l'actionneur passant par la première et la deuxième extrémité de l'actionneur. Enfin, l'invention concerne un aéronef comprenant un ensemble selon l'invention. L'invention sera maintenant décrite plus en détail en liaison aux figures suivantes, qui représentent les différents aspects et caractères de certains modes de réalisation non exclusif d'autres : - la figure 1 est une vue d'une première réalisation de l'invention ; - la figure 2 illustre le mécanisme de la charnière ; - la figure 3 illustre la charnière en perspective ; - les figures 4 et 5 illustrent deux variantes de réalisations ; - et la figure 6 représente un autre mode de réalisation. Dans le mode de réalisation décrit à la figure 1, le bord de fuite d'une aile 1 est représenté dans la direction transversale de l'aéronef. L'aile 1 est prolongée par un aileron 2 et lui est reliée par une charnière 3, qu'on décrira en détail au moyen de la figure 2. La charnière 3 comprend deux lames 4 et 5 élastiques et flexibles, juxtaposées dans la ligne de jonction entre l'aile 1 et l'aileron 2 (ici, la direction transversale de l'aéronef), et dont chacune comprend une première extrémité, respectivement 6 et 7, fixée à l'aileron 2, et une deuxième extrémité, respectivement 8 et 9, opposée à la précédente et fixée à l'aile 1. Les fixations se font ici plus précisément sur des languettes 10 et 11 rigides, appartenant respectivement à l'aileron 2 et à l'aile 1 et munies chacune d'une face supérieure et d'une face inférieure parallèles. Les languettes 10 et 11 ont sensiblement la même épaisseur et sont situées au même niveau, sont donc sensiblement en regard l'une de l'autre, lorsque l'aileron et l'aile sont assemblés. La première extrémité 8 de la lame 4 est fixée à la surface inférieure de la languette 11 et son extrémité opposée 6 est fixée à la face supérieure de la languette 10; la disposition inverse existe pour la lame 5, dont la première extrémité 9 est fixée à la face supérieure de la languette 11 et l'extrémité opposée 7 à la face inférieure de la languette 10. Ainsi, les lames 4 et 5 ont des inclinaisons opposées et, dans le sens de lecture de la gauche vers la droite, la lame 4 est appelée "lame montante" et lame 5 est appelée "lame descendante". Vues selon la direction de la jonction entre l'aile 1 et l'aileron 2, les lames 4 et 5 ont une disposition en X; les lames 4 et 5 se croisant en un point de croisement référencé par 12. Le dispositif est complété par un actionneur 13 (visible sur la figure 1), qui est un vérin dont une première extrémité 13a est assemblée à l'aile 1 sur un premier point d'articulation 14 et une deuxième extrémité 13 b est assemblée à l'aileron 2 sur un deuxième point d'articulation 15. L'actionneur 13 est agencé sous la charnière 3 tel que : - l'axe longitudinal de l'actionneur 13 est confondu avec la droite passant par les points d'articulation 14 et 15 et parallèle à l'axe longitudinal de la charnière 3, passant par les extrémités 8 et 7 de la charnière ; et le point d'articulation 15 de l'actionneur 13 est aligné avec le point de croisement 12 de la charnière 3 dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'actionneur 13. Quand une variation de longueur de l'actionneur 13 est commandée, les lames 4 et 5 plient (figure 2) et la charnière 3 se déforme, provoquant ainsi la rotation de l'aileron 2 autour d'un axe 16 de rotation (non matériel). L'axe 16 est intrinsèque au montage de l'ensemble charnière 3 + actionneur 13 sur l'aile 1 et l'aileron 2. L'axe 16 est aligné avec le point de croisement 12 et le point d'articulation 15 et est situé entre ces deux points, généralement à peu de distance du point de croisement 12 des lames 4 et 5.In this embodiment, the second point of articulation of the assembly according to the invention is aligned with the point of intersection along an axis perpendicular to a longitudinal axis of the actuator passing through the first and the second end of the actuator. Finally, the invention relates to an aircraft comprising an assembly according to the invention. The invention will now be described in more detail with reference to the following figures, which represent the various aspects and characters of certain non-exclusive embodiments of others: FIG. 1 is a view of a first embodiment of the invention; - Figure 2 illustrates the mechanism of the hinge; - Figure 3 illustrates the hinge in perspective; - Figures 4 and 5 illustrate two embodiments; and FIG. 6 represents another embodiment. In the embodiment described in Figure 1, the trailing edge of a wing 1 is shown in the transverse direction of the aircraft. The wing 1 is extended by a fin 2 and is connected to it by a hinge 3, which will be described in detail by means of FIG. 2. The hinge 3 comprises two resilient and flexible blades 4 and 5, juxtaposed in the line of FIG. junction between the wing 1 and the fin 2 (here, the transverse direction of the aircraft), and each of which comprises a first end, respectively 6 and 7, attached to the wing 2, and a second end, respectively 8 and 9, opposite to the previous and fixed to the wing 1. The bindings are here more precisely on rigid tongues 10 and 11, respectively belonging to the wing 2 and the wing 1 and each provided with a face upper and a lower face parallel. The tabs 10 and 11 have substantially the same thickness and are located at the same level, so are substantially facing one another, when the wing and the wing are assembled. The first end 8 of the blade 4 is fixed to the lower surface of the tongue 11 and its opposite end 6 is fixed to the upper face of the tongue 10; the opposite arrangement exists for the blade 5, whose first end 9 is fixed to the upper face of the tongue 11 and the opposite end 7 to the lower face of the tongue 10. Thus, the blades 4 and 5 have opposite inclinations and, in the reading direction from left to right, the blade 4 is called "rising blade" and blade 5 is called "descending blade". Views along the direction of the junction between the wing 1 and the wing 2, the blades 4 and 5 have an X arrangement; the blades 4 and 5 intersecting at a cross point referenced by 12. The device is completed by an actuator 13 (visible in Figure 1), which is a cylinder whose first end 13a is connected to the wing 1 on a first hinge point 14 and a second end 13b is connected to the fin 2 on a second hinge point 15. The actuator 13 is arranged under the hinge 3 such that: - the longitudinal axis of the actuator 13 is coincident with the straight line passing through the hinge points 14 and 15 and parallel to the longitudinal axis of the hinge 3, passing through the ends 8 and 7 of the hinge; and the pivot point 15 of the actuator 13 is aligned with the crossing point 12 of the hinge 3 in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the actuator 13. When a length variation of the actuator 13 is controlled, the blades 4 and 5 fold (Figure 2) and the hinge 3 is deformed, causing the rotation of the fin 2 about an axis 16 of rotation (non-material). The axis 16 is intrinsic to the assembly of the hinge assembly 3 + actuator 13 on the wing 1 and the fin 2. The axis 16 is aligned with the crossing point 12 and the hinge point 15 and is located between these two points, generally at a short distance from the crossing point 12 of the blades 4 and 5.
La composante de distance entre l'axe 16 et le point d'articulation 15, dans la direction perpendiculaire à la direction d'extension de l'actionneur 13, forme ainsi un bras de levier R, qu'on peut avantageusement choisir aussi grand que possible pour exercer un même effort de rotation sur l'aileron 2, au moyen d'un actionneur 13 plus faible et donc plus petit et léger.The distance component between the axis 16 and the articulation point 15, in the direction perpendicular to the direction of extension of the actuator 13, thus forms a lever arm R, which can advantageously be chosen as large as possible to exert the same rotational force on the fin 2, by means of a lower actuator 13 and therefore smaller and lighter.
Les lames 4 et 5 peuvent être construites en métal (acier, titane, etc.), ou en matériau composite, selon qu'on veut privilégier les caractéristiques d'élasticité, de résistance à la fatigue, ou autres. La charnière 3 peut comprendre d'autres lames, ainsi que le représente la figure 3 : elle comprend encore une lame 17 semblable à la lame 4 et deux lames 18 et 22 semblables à la lame 5. Une telle disposition permet de renforcer la charnière 3 et d'accroître sa stabilité contre des mouvements de torsion. Il est avantageux pour cela d'alterner les lames 4 et 17 « montantes » de l'aile 1 à l'aileron 2 et les lames 5, 18 et 22 « descendantes ». L'aspect de la charnière 3 peut être amélioré si elle est couverte d'une feuille souple 19 (figure 4), dont les extrémités sont fixées aux faces supérieures des languettes 10 et 11, ou si les lames 4 et 5 sont noyées dans un bloc d'élastomère 20 (figure 5). La figure 6 représente une variante de réalisation, applicable à un panneau déporteur 21, adossé à un volet fixe 23, qui prolonge l'aile 1 vers l'arrière. Les caractéristiques du mode de réalisation précédent ne sont pas modifiées ; on observe simplement quelques variations de formes ou de dimensions de nature secondaire. L'invention pourrait être appliquée à tout autre panneau orientable de l'aéronef, par exemple à l'empennage arrière.The blades 4 and 5 can be constructed of metal (steel, titanium, etc.), or composite material, depending on whether one wishes to favor the characteristics of elasticity, fatigue resistance, or other. The hinge 3 may comprise other blades, as shown in Figure 3: it also comprises a blade 17 similar to the blade 4 and two blades 18 and 22 similar to the blade 5. Such an arrangement reinforces the hinge 3 and increase its stability against twisting movements. It is advantageous for this to alternate the blades 4 and 17 "rising" from the wing 1 to the wing 2 and the blades 5, 18 and 22 "down". The appearance of the hinge 3 can be improved if it is covered with a flexible sheet 19 (Figure 4), whose ends are fixed to the upper faces of the tongues 10 and 11, or if the blades 4 and 5 are embedded in a elastomer block 20 (FIG. 5). Figure 6 shows an alternative embodiment, applicable to a spoiler panel 21, backed by a fixed flap 23, which extends the wing 1 rearwardly. The features of the previous embodiment are not modified; we simply observe some variations of shapes or dimensions of a secondary nature. The invention could be applied to any other orientable panel of the aircraft, for example to the tail empennage.
Le nombre de charnières 3, pour chaque panneau mobile, sera déterminé selon des normes de sécurité pour maintenir la résistance de la jonction et un bon respect de la cinématique de rotation, même en cas de rupture d'une des charnières 3. L'élasticité modérée des lames 4 et 5 dans les directions autres que la flexion, permet toutefois d'augmenter le nombre de charnières 3 sans devoir utiliser de dispositifs flottants destinés à rétablir l'isostaticité du montage.The number of hinges 3, for each movable panel, will be determined according to safety standards to maintain the strength of the junction and a good respect of the kinematics of rotation, even in case of rupture of one of the hinges 3. The elasticity Moderate blades 4 and 5 in the directions other than bending, however, increases the number of hinges 3 without using floating devices to restore the isostaticity of the assembly.
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